在 AI 基建中，碳化硅(SiC)憑借高頻高效、耐高溫、高功率密度等特性，成為解決 “算力飆升與能耗、空間、散熱瓶頸” 矛盾的核心材料。從數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)到邊緣 AI 設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，派恩杰第四代碳化硅正深度滲透到 AI 基建的全鏈條。

SiC在AI服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

電源系統(tǒng)中的SiC角色(SST架構(gòu))：隨著AI訓(xùn)練集群功耗攀升，數(shù)據(jù)中心供電從傳統(tǒng)低壓方案向高壓直流演進(jìn)。碳化硅器件可支撐800V乃至更高電壓的配電架構(gòu)，在變電站AC/DC整流、固態(tài)變壓器和中壓DC/DC轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的故障隔離，提高供電可靠性 。各大云計(jì)算中心正試點(diǎn)這種基于SiC的高壓直流供電，以應(yīng)對(duì)單機(jī)柜功率動(dòng)輒數(shù)百千瓦的未來(lái)需求。

提升供電效率與冷卻的應(yīng)用：碳化硅器件耐高溫特性使其在高溫環(huán)境下仍保持性能，意味著電源和UPS可在更高工作溫度下運(yùn)行，降低空調(diào)制冷需求，大幅提高了電源轉(zhuǎn)換效率，直接降低了數(shù)據(jù)中心的散熱壓力和PUE指標(biāo)，緩解了數(shù)據(jù)中心的散熱瓶頸，為建設(shè)更高功率密度但能效達(dá)標(biāo)的AI機(jī)房提供了可行方案。

相對(duì)于傳統(tǒng)硅器件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

①第三代半導(dǎo)體材料SiC具有高禁帶寬度、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高熱導(dǎo)率等材料優(yōu)勢(shì)，使其功率器件在高壓、大功率場(chǎng)景下遠(yuǎn)優(yōu)于硅器件;

②碳化硅MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗顯著降低，可在更高頻率下高效工作，這意味著電源變壓器、電感等無(wú)源件可以做得更小，系統(tǒng)功率密度更高;

③SiC器件耐受更高結(jié)溫(可達(dá)175~200°C)，在環(huán)境溫度或負(fù)載波動(dòng)較大的情況下仍保持可靠，不易出現(xiàn)熱失效;

④相比傳統(tǒng)硅MOSFET或IGBT方案，SiC器件能減少約70%的總能量損耗，大幅提升轉(zhuǎn)換效率。

廠商布局

英偉達(dá)：面對(duì)單柜上百千瓦的新型AI服務(wù)器(如含72顆GPU的GB300系統(tǒng)功耗達(dá)125~140kW )，英偉達(dá)聯(lián)合電源廠商推動(dòng)800V直流配電方案，以提高供電效率、減小銅損和系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展性。

正泰電器：泰芯聚焦于光伏逆變、儲(chǔ)能系統(tǒng)和新型高壓開(kāi)關(guān)等領(lǐng)域，將碳化硅技術(shù)引入正泰的新能源解決方案中 。在數(shù)據(jù)中心方面，正泰電器作為供配電設(shè)備供應(yīng)商，有望將SiC器件應(yīng)用于其高效UPS、電源模塊和配電單元(PDU)中，以提升效率和降低能耗。

安森美：推出了面向AI數(shù)據(jù)中心的完整電源解決方案，從交流輸入到48V配電再到負(fù)載點(diǎn)(PoL)都有相應(yīng)芯片;與友商聯(lián)合推動(dòng)數(shù)據(jù)中心800V直流供電轉(zhuǎn)型，安森美提供涵蓋固態(tài)變壓器、800V配電和核心降壓環(huán)節(jié)的高效SiC方案 。

英飛凌：針對(duì)AI服務(wù)器發(fā)布了高能效電源裝置路線圖，新增8kW和12kW級(jí)別PSU產(chǎn)品，以滿足未來(lái)單機(jī)架數(shù)百千瓦供電的需求。其12kW參考電源效率高達(dá)97.5%，功率密度提升至100 W/in3(相比現(xiàn)有3kW電源的32 W/in3)，能夠支持每機(jī)架≥300kW的輸出，大幅縮減系統(tǒng)體積并降低運(yùn)營(yíng)成本。

Wolfspeed：Wolfspeed推出了第4代碳化硅MOSFET平臺(tái)(750V/1200V/2300V系列)，專注提升高功率設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)效率和熱性能，目標(biāo)應(yīng)用包括AI數(shù)據(jù)中心電源等高壓大功率場(chǎng)景。

派恩杰產(chǎn)品在AI基建的應(yīng)用

AI服務(wù)器與數(shù)據(jù)中心的高效電源管理：

①派恩杰的SiC MOSFET和功率模塊可通過(guò)低導(dǎo)通損耗和高開(kāi)關(guān)頻率特性，顯著提升 AI 服務(wù)器電源系統(tǒng)的效率。第四代SiC MOSFET在 750V 電壓平臺(tái)下導(dǎo)通電阻低至 7mΩ，開(kāi)關(guān)損耗降低 20% 以上，可直接應(yīng)用于服務(wù)器電源的圖騰柱 PFC(功率因數(shù)校正)和 LLC 諧振拓?fù)渲?

②在 AI 訓(xùn)練集群中，派恩杰的 2000V 高壓 SiC 模塊(如 PAA12400BM3)可用于GPU 供電系統(tǒng)，通過(guò)降低電壓轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)和提高電流密度，使得供電效率提升，這種設(shè)計(jì)不僅減少了電源體積，還能支持液冷散熱方案，適應(yīng) AI 芯片高功率的熱設(shè)計(jì)功耗需求。

AI算力網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)優(yōu)化：派恩杰的 750V/1200V SiC 器件廣泛應(yīng)用于 5G 基站的射頻電源和基帶處理單元。 SiC MOSFET 在 5G 宏基站的高效電源中，較于傳統(tǒng)硅基方案可有效提升電源效率，同時(shí)支持更高的調(diào)制頻率，滿足 5G 網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延、高帶寬的需求。

AI能源基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同優(yōu)化：

①2000V SiC 功率模塊在光伏逆變器中實(shí)現(xiàn)高頻的峰值效率，相比傳統(tǒng)硅基方案年發(fā)電量顯著提升;

②在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，SiC MOSFET 可優(yōu)化雙向變流器的充放電效率，使儲(chǔ)能 PCS(儲(chǔ)能變流器)的年度收益有效增加。這種技術(shù)優(yōu)勢(shì)直接支撐 AI 數(shù)據(jù)中心的綠色能源供給，使得光伏電力的消納率提升，降低對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴。

AI芯片與加速卡的關(guān)鍵支撐：派恩杰的 SiC 器件與主流 AI 芯片形成深度協(xié)同，為多種類型GPU 提供多相降壓電源，通過(guò)低 ESR(等效串聯(lián)電阻)特性減少紋波，確保芯片在高頻運(yùn)算時(shí)的穩(wěn)定性，1200V SiC MOSFET可將GPU供電系統(tǒng)體積縮小。支持液冷散熱;在定制化 AI 芯片中，派恩杰的 SiC SBD用于電源鉗位電路，通過(guò)快速響應(yīng)能力保護(hù)芯片免受浪涌沖擊，提升長(zhǎng)期可靠性。

市場(chǎng)趨勢(shì)與案例分析

全球市場(chǎng)規(guī)模與增速：第三代半導(dǎo)體迎來(lái)高速成長(zhǎng)期，AI數(shù)據(jù)中心等新興領(lǐng)域的占比正迅速提升。隨著需求爆發(fā)，國(guó)際巨頭正加碼投資8英寸產(chǎn)線和原材料供應(yīng);同

時(shí)，也為中國(guó)廠商在局部領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破提供了空間。

中國(guó)市場(chǎng)容量與增長(zhǎng)：中國(guó)作為算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最快的地區(qū)之一，數(shù)據(jù)中心相關(guān)市場(chǎng)正迅猛增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)中心耗電量亦連年攀升，2021年全國(guó)IDC用電超2100億度，預(yù)計(jì)2025年將接近4000億度，占全社會(huì)用電比重將從2018年的1.6%升至5.8% 。為降低能耗、提升算力密度，監(jiān)管層已要求新建大型/超大型數(shù)據(jù)中心PUE降至1.4以下 。這一系列政策驅(qū)動(dòng)下，采用高效SiC器件來(lái)優(yōu)化電源和制冷系統(tǒng)成為趨勢(shì)：業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心將成為繼新能源車之后國(guó)內(nèi)碳化硅應(yīng)用的新藍(lán)海。隨著國(guó)產(chǎn)SiC技

術(shù)的成熟和成本下降，中國(guó)有望涌現(xiàn)更多AI數(shù)據(jù)中心SiC應(yīng)用的落地案例。

主要驅(qū)動(dòng)力：

①能效提升和碳減排是SiC在AI基建領(lǐng)域滲透的核心動(dòng)力。AI模型訓(xùn)練和推理使數(shù)據(jù)中心功耗激增，供電能耗已占運(yùn)營(yíng)成本的30–60%不等 。采用碳化硅器件可以顯著降低電源轉(zhuǎn)換損耗，每年為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心節(jié)省巨額電費(fèi)，并減少溫室氣體排放;

②基于高功率密度需求，傳統(tǒng)硅器件難以支撐密集供電和散熱需求，SiC/GaN器件則提供了可行方案。

典型應(yīng)用案例：越來(lái)越多實(shí)際案例證明了碳化硅在AI數(shù)據(jù)中心中的價(jià)值。

①意大利Riello公司推出的新一代模塊化UPS Multi Power2，專為高密度數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，集成了SiC功率模塊;

②科環(huán)電子等廠商推出的全SiC服務(wù)器電源，已在部分AI機(jī)房試點(diǎn)應(yīng)用，單電源功率從3kW提高到6kW以上且效率超過(guò)96%，幫助單機(jī)柜供電容量提升同時(shí)控制住PUE增長(zhǎng)。

隨著更多廠商跟進(jìn)和規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)，碳化硅將在AI算力基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的商業(yè)落地，支撐起高速增長(zhǎng)的算力需求與可持續(xù)發(fā)展的能源目標(biāo)。同時(shí)8英寸碳化硅晶圓量產(chǎn)(2025 年成本預(yù)計(jì)下降 50%)，使其在AI 基建中的滲透率將從當(dāng)前的 15% 提升至 2027 年的 40%，成為支撐“算力爆發(fā)式增長(zhǎng)”的關(guān)鍵材料基石。

派恩杰半導(dǎo)體

成立于2018年9月的第三代半導(dǎo)體功率器件設(shè)計(jì)和方案商，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)JC-70會(huì)議的主要成員之一，參與制定寬禁帶半導(dǎo)體功率器件國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)布了100余款650V/1200V/1700V SiC SBD、SiC MOSFET、GaN HEMT功率器件，其中SiC MOSFET芯片已大規(guī)模導(dǎo)入國(guó)產(chǎn)新能源整車廠和Tier 1，其余產(chǎn)品廣泛用于大數(shù)據(jù)中心、超級(jí)計(jì)算與區(qū)塊鏈、5G通信基站、儲(chǔ)能/充電樁、微型光伏、城際高速鐵路和城際軌道交通、家用電器以及特高壓、航空航天、工業(yè)特種電源、UPS、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。